雷達(dá)技術(shù)實驗報告

1、雷達(dá)技術(shù)實驗報告專業(yè)班級：姓名：學(xué)號：一、實驗內(nèi)容及步驟1. 產(chǎn)生仿真發(fā)射信號：雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻脈沖信號，IQ兩路；2. 觀察信號的波形，及在時域和頻域的包絡(luò)、相位；3. 產(chǎn)生回波數(shù)據(jù)：設(shè)目標(biāo)距離為 R=0 5000m4. 建立匹配濾波器，對回波進行匹配濾波；5. 分析濾波之后的結(jié)果。二、實驗環(huán)境matlab三、實驗參數(shù)脈沖寬度 T=10e-6;信號帶寬 B=30e6;調(diào)頻率 丫二B/T;采樣頻率 Fs=2*B;采樣周期 Ts=1/Fs;采樣點數(shù) N=T/Ts;S. (/) A cos(2 /0/ + jryt2 + <p)Sq (/) = A sin(27r /0/ + jryt2 +$

2、(0 = $ + 7(O = A Exp(丿(2疋九0 + Tzy/2 + 仞)匹配濾波器h(t)=S t*(-t)時域卷積 conv，頻域相乘 fft , t=linspace(T1,T2,N);四、實驗原理1、匹配濾波器原理：在輸入為確知加白噪聲的情況下，所得輸出信噪比最大的線性濾波器就是匹配濾波器，設(shè)一線性濾波器的輸入信號為 x(t):x(t) =s(t) n(t)其中：s(t)為確知信號，n(t)為均值為零的平穩(wěn)白噪聲，其功率譜密度為No/2設(shè)線性濾波器系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)為h(t),其頻率響應(yīng)為H ( ),其輸出響應(yīng):輸入信號能量：輸入、輸出信號頻譜函數(shù):y(t) 7(t)no(t)E(s

3、)二 s2(t)dt :：:qQS( ')s(t)e-j tdtSo( ) = H( )S( )1 - j tSo(t)H ( )S( )e d 2?？傒敵鲈肼暤钠骄β?2 1 12En。P10C )dH (JPnCJd "O -TT 2 :SNRr旳2_.;HC ) PnC )dC )利用Schwarz不等式得:SNR -二 S( ) 二 Pn()上式取等號時，濾波器輸出功率信噪比 SNR最大取等號條件:H(八Pn(異當(dāng)濾波器輸入功率譜密度是Pn()二N°/2的白噪聲時，MF的系統(tǒng)函數(shù)為:H ( ) = kS*( )/ to, 2Nok為常數(shù)1，S*('

4、)為輸入函數(shù)頻譜的復(fù)共軛，S*()=S(- J，也是濾波器 的傳輸函數(shù) H()。SNR=Es為輸入信號s(t)的能量，白噪聲n(t)的功率譜為N°/2SNR只輸入信號s(t)的能量Es和白噪聲功率譜密度有關(guān)。白噪聲條件下，匹配濾波器的脈沖響應(yīng)：h(t) =ks*(t。-t)如果輸入信號為實函數(shù)，則與s(t)匹配的匹配濾波器的脈沖響應(yīng)為:h(t) =ks(t。-t)k為濾波器的相對放大量，一般k =1。匹配濾波器的輸出信號：s°(t) =s°(t)*h(t) =kR(t-t。)匹配濾波器的輸出波形是輸入信號的自相關(guān)函數(shù)的k倍，因此匹配濾波器可以看成是一個計算輸入信號

5、自相關(guān)函數(shù)的相關(guān)器，通常k=1o2、線性調(diào)頻信號(LFM )LFM信號(也稱Chirp信號)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：2.1式中fc為載波頻率,rect=1 號 ，X1 .t<1T0 ,elsewise一B，是調(diào)頻斜率，于是，信號的瞬時頻率為圖1fc Kt (-丁2 罕汀2)，如fre甲問cy 1i fre于比ncy圖 1 典型的 chirp 信號(a) up-chirp(K>0) (b) down-chirp(K<0) 將2.1式中的up-chirp信號重寫為:s(t)= S(t)2eft2.2當(dāng)TB>1時，LFM信號特征表達(dá)式如下:SL F Mf)L F Mf )S(t) =

6、2.3對于一個理想的脈沖壓縮系統(tǒng)，要求發(fā)射信號具有非線性的相位譜，并使其包絡(luò)接近矩形；其中S(t)就是信號s(t)的復(fù)包絡(luò)。由傅立葉變換性質(zhì)，S(t)與s(t)具有相同的幅頻 特性，只是中心頻率不同而已。因此， Matlab仿真時，只需考慮S(t)3、LFM信號的脈沖壓縮窄脈沖具有寬頻譜帶寬，如果對寬脈沖進行頻率、相位調(diào)制，它就可以具有 和窄脈沖相同的帶寬，假設(shè)LFM信號的脈沖寬度為T，由匹配濾波器的壓縮后， 帶寬就變?yōu)?，且D -1,這個過程就是脈沖壓縮信號s(t)的匹配濾波器的時域脈沖響應(yīng)為:3.1h(t) =s (t。-t)to是使濾波器物理可實現(xiàn)所附加的時延。理論分析時，可令to = 0

7、,重寫3.1式，h(t)=s*(t)將3.1式代入2.1式得：h(t) = rect (半)e jKteJ 2fctsoft)-匹配隨肢h(t)A圖3 LFM信號的匹配濾波如圖3, s(t)經(jīng)過系統(tǒng)h(t)得輸出信號s/t)s°(t)=s(t)* h(t)s(u)h(t _u)du = j_h(u)s(t _u)duQO.J：-.Ku2Uj2：；fcUj：；K(t_u)2t - Ue rect( )e c e rect()eJ2mdu-oOT2£(t)二.eJK2e#KtUdu2=eJ 二Kt-pjKtu T/_e72xej 頂口j2兀Kt t T2sin 二 K(T -t

8、)t j2-fct e: Kt(3.4)t -T280(t)= . ej_Kt2j：Ktudu-T2=ejKt2 e"tut+%xej2 皿A(3.5)sin 二 K(T t)t j2fcte: Kt3.5合并3.4和3.5兩式:so(t) =Tsin uKT(1-T)t二 KTt3.6式即為LFM脈沖信號經(jīng)匹配濾波器得輸出，它是一固定載頻fc的信號，這是 因為壓縮網(wǎng)絡(luò)的頻譜特性與發(fā)射信號頻譜實現(xiàn)了 “相位共軛匹配”，消除了色散; 當(dāng)t乞T時，包絡(luò)近似為辛克(sine)函數(shù)。S0(t)二TSa(二 KTt)rect(7)=TSa(二 Bt)rect(右)圖4匹配濾波的輸出信號15T1

9、如圖4,當(dāng)二Bt =：也時，t二為其第一零點坐標(biāo)；當(dāng)二Bt 時，t -，B22B習(xí)慣上，將此時的脈沖寬度定義為壓縮脈沖寬度。112 =2BBLFM信號的壓縮前脈沖寬度T和壓縮后的脈沖寬度之比通常稱為壓縮比DD = T 二 TB _1T壓縮比也就是LFM信號的時寬-帶寬積。s(t),h(t),so(t)均為復(fù)信號形式，Matab仿真時，只需考慮它們的復(fù)包絡(luò)S(t),H(t),So(t) o五、實驗結(jié)果LFM信號的時域波形和幅頻特性 /實現(xiàn)LFM信號的matlab代碼%脈沖脈寬10us%調(diào)頻調(diào)制帶寬30MHz%線性調(diào)頻斜率% 采樣頻率和采樣間隔T=10e-6;B=30e6;K=B/T;Fs=2*B

10、;Ts=1/Fs;N=T/Ts;%調(diào)頻信號t=li nspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.A2); subplot(211) plot(t*1e6,real(St); xlabel( 't/s');title('線性調(diào)頻信號的實部)； grid on ;axis tight ; subplot(212)freq=li nspace(-Fs/2,Fs/2,N); plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St); xlabel( 'f/Mhz' );title('線性調(diào)頻信號的頻率譜)； gri

11、d on ;axis tight ;10QI既比理営后的燥世幗知信號時間-20-3Q弟eslw時問匹配憑裁野廚的線哲謂第信號（放大線性調(diào)頻信號的匹配濾波/實現(xiàn)匹配濾波器及放大的T=10e-6;B=30e6;K=B/T;Fs=10*B;Ts=1/Fs;N=T/Ts;t=li nspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.A2); Ht=exp(-j*pi*K*t.A2);Sot=co nv(St,Ht);subplot(211)L=2*N-1;t1=li nspace(-T,T,L);Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z); Z=20*log10(Z+1e-6);Z1

12、=abs(si nc(B.*t1);Z1= 20*log10(Z1+1e-6);t1=t1*B;plot(t1, Z,t1,Z1,'r.')；axis(-15,15,-50,i nf);grid legend('仿真','sinc');xlabel('時間');ylabel('振幅,dB');title('匹配濾波器后的線性調(diào)頻信號subplot(212)N0=3*Fs/B; t2=-N0*Ts:Ts:N0*Ts;matlab代碼% 匹配濾波器%匹配濾波器后的線性調(diào)頻信號%歸一化%sinc函數(shù)）；%放大&#

13、39;r.');on ;'Xtick' ，-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,1,2,3););t2=B*t2;plot(t2,Z(N-N0:N+N0),t2,Z1(N-N0:N+N0), axis(-i nf,in f,_50,i nf);gridset(gca, 'Ytick' ，-13.4,-4,0, xlabel('時間');ylabel('振幅,dB');title('匹配濾波器后的線性調(diào)頻信號()/matlab 代碼fun cti onLFM_radar(T,B,Rmi n,Rmax,R,RCS)i

14、f n arg in=0T=10e-6;B=30e6;Rmi n=10000;Rmax=15000;R=10500,11000,12000,12008,13000,13002;%理想點目標(biāo)距離RCS=1 1 1 1 1 1;%雷達(dá)散射截面end%=%2Z yC=3e8;%(專播距離K=B/T;Rwid=Rmax-Rmi n;%儀表接受窗口Twid=2*Rwid/C;%一秒接受窗口Fs=5*B;Ts=1/Fs;%采樣頻率和采樣間隔Nwid=ceil(Twid/Ts);%接收窗口數(shù)%=%Gnerate the echo t=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C,Nwid);%當(dāng) t

15、=2*Rmin/C打開窗口%當(dāng) t=2*Rmax/C 關(guān)閉窗口M=length(R);td=ones(M,1)*t-2*R'/C*ones(1,Nwid);Srt=RCS*(exp(j*pi*K*tdA2).*(abs(td)<T/2);%目標(biāo)數(shù)%=%用FFT和IFFT脈沖壓縮雷達(dá)數(shù)字處理Nchirp=ceil(T/Ts);%脈沖持續(xù)時間Nfft=2A nextpow2(Nwid+Nwid-1);%脈沖持續(xù)時間%計算線性的數(shù)目%利用FFT算法的卷積Srw=fft(Srt,Nfft);%FFT的雷達(dá)回波t0=linspace(-T/2,T/2,Nchirp);St=exp(j*pi

16、*K*t0.A2);%FFT的雷達(dá)回波Sw=fft(St,Nfft);%fft 線性調(diào)頻斜率Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw);%信號經(jīng)過脈沖壓縮%=%點目標(biāo)雷達(dá)回波N0=Nfft/2-Nchirp/2;Z=abs(Sot(N0:N0+Nwid-1);Z=Z/max(Z);Z=20*log10(Z+1e-6);%figuresubplot(211) plot(t*1e6,real(Srt);axistightxlabel( ' 時間' );ylabel( ' 振幅 ' ) title( ' 原始回波信號 ' );subplot(212)plot(t*C/2,Z)axis(10000,15000,-60,0);xlabel( ' 距離 ' );ylabel( ' 振幅， dB' ) title( ' 距離壓縮后信號 ' );六、實驗心得 經(jīng)過這次實驗的經(jīng)歷加深了我對雷達(dá)技術(shù)中線